镜头聚焦范围
镜头工作距离(镜头到工件的距离) 1/3"CCD相机视场大小
1/2"CCD相机视场大小
光学放大倍数
工业相机选型方法 工业相机，选择TEO. 工业相机选型方法 工业相机又被叫做摄像机，对比与传统的民用相机而言，工业相机在图像稳定性、抗干扰能力和传能能力方面有着更大更高的优势，是组成机器视觉系统的关键部分，工业相机的性能好坏决定着机器视觉系统的稳定性。那么我们在相机选型方面如何更好地选择工业相机呢, 第一、我们要明确我们需要什么样的工业相机，所以要先确定好所需要检测的产品的精度要求;确定好检测物体的速度包括它是动态的还是静态的;确定好工业相机取景的视野大小。 第二、我们要能确定好硬件的类型。工业相机的性能硬件参数影响非常大，所以在我们确定硬件类型前，我们先看下几个重要的参数: 1.相机传输方式。目前市面上相机传输方式有很多各有优缺点:(1)USB接口相机，优点:帧率高，性价比高，不需要占据PCI插槽，缺点就是太占CPU;(2)模拟相机，优点:稳定，性价比高，缺点就是帧率太低;(3)1394相机接口，优点:不占系统CPU的运行，帧频高，缺点是价格昂贵，还需要PCI插槽。 2.相面像素大小的确定。目前虽然市场上的软件在精度上一般是没有误差的，也就是我们所说的亚像素，但是在硬件方面的误差还是不可避免的。所以现在机器视觉系统在市场上都是保证误差保持在通过“精度=视野(长或宽)?相机像素(长或宽)”这样一个公式计算出来的一个像素数值上。 3.相机的触发方式选择。(1)软件触发模式:在对动态检测的时候以及产品通过连续运动触发信号的时候可以选择;(2)硬件触发模式:对高速动态检测以及产品通
过高速运动触发信号的时候选择;(1)连续采集模式:对静态检测以及产品连续运动不能够触发信号的时候可以选择。 工业相机有着多种多样的类别，所以如何选择工业相机非常重要。根据不同行业的不同应用，我们需要选购适合应用的工业相机。
工业相机镜头的基础知识 1、工业镜头的接口 物镜的接口尺寸是有国际标准的，共有三种接口型式，即F型、C型、CS型。F型接口是通用型接口，一般适用于焦距大于25mm的镜头；而当物镜的焦距约小于25mm时，因物镜的尺寸不大，便采用C型或CS型接口。 C接口和CS接口的区别 ?C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面（摄像机CCD光电感应器应处的位置）的距离不同，C型接口此距离为17.5mm., CS型接口此距离为12.5mm.。?C型镜头与C型摄像机，CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。 2、工业镜头的基本参数 视场(Field of view, 即FOV，也叫视野范围) ： 指观测物体的可视范围，也就是充满相机采集芯片的物体部分。（视场范围是选型中必须要了解的） 工作距离(Working Distance,即WD):
指从镜头前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距离（选型必须要了解的问题，工作距离是否可调？包括是否有安装空间等） 分辨率： 图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。在多数情况下，视野越小，分辨率越好。§ 景深 (Depth of view，即DOF)： 物体离最佳焦点较近或较远时，镜头保持所需分辨率的能力 （需要了解客户对景深是否有特殊要求？）
图1:镜头基本参数示意图 感光芯片尺寸： 相机感光芯片的有效区域尺寸，一般指水平尺寸。这个参数对于决定合适的镜头缩放比例以 获取想要的视场非常重要。镜头主要缩放比例(PMAG) 由感光芯片的尺寸和视场的比率来定义。虽然基本参数包括感光芯片的尺寸和视场，但PMAG却不属于基本参数。 焦距（f）焦距， 是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。（需要记住的公式） f={工作距离/视野范围长边（或短边）}X CCD长边（或短） 焦距大小的影响情况： 焦距越小，景深越大；焦距越小，畸变越大；焦距越小，渐晕现象越严重，使像差边缘的照 度降低；
工业相机的选型规则 工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成AFT-808小型高清工业相机为有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机不仅是直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。 在机器视觉系统应用中，工业相机、工业镜头、图像采集卡、机器视觉光源、机器视觉系统平台软件，在选择过程中存在很多问题，那么今天就工业相机、工业CCD摄像头的选择，给大家介绍一些经验。 1、选择工业相机的信号类型 工业相机从大的方面来分有模拟信号和数字信号两种类型。 模拟相机必须有图像采集卡，标准的模拟相机分辨率很低，一般为768*576，另外帧率也是固定的，25帧每秒。另外还有一些非标准的信号，多为进口产品，那么成本就是比较高了，性价比很低。所以这个要根据实际需求来选择。另外模拟相机采集到的是模拟信号，经数字采集卡转换为数字信号进行传输存储。模拟信号可能会由于工厂内其他设备（比如电动机或高压电缆）的电磁干扰而造成失真。随着噪声水平的提高，模拟相机的动态范围（原始信号与噪声之比）会降低。动态范围决定了有多少信息能够被从相机传输给计算机。工业数字相机采集到的是数字信号，数字信号不受电噪声影响，因此，数字相机的动态范围更高，能够向计算机传输更精确的信号。 2、工业相机的分辨率需要多大。 根据系统的需求来选择相机分辨率的大小，下面以一个应用案例来分析。 应用案例：假设检测一个物体的表面划痕，要求拍摄的物体大小为10*8mm,要求的检测精度是0.01mm。首先假设我们要拍摄的视野范围在12*10mm,那么相机的最低分辨率应该选择在：(12/0.01)*(10/0.01)=1200*1000,约为120万像素的相机，也就是说一个像素对应一个检测的缺陷的话，那么最低分辨率必须不少
工业摄像头选用简述 1、精度要求与工业摄像头分辨率 虽然现在网上随处可见诸如怎么选择工业摄像头的这些文章，但感觉还是比较零碎，各执一词，维视图像根据这多的工业项目经验，总结了一些简单实用的方法，现描述给大家，希望对大家在工业摄像头（至于这里说的工业摄像头和我们的工业相机有什么区别，维视图像已在其北京公司官网上做过详细论述，这里就不多讲了）的选择上有一些实际的帮助。 MV-E系列工业数字摄像头 当我们面对一个新的项目，首先要考虑选用什么样的工业摄像头。而在考虑选用哪一款工业摄像头时，则先要考虑的是分辨率，这是因为工业摄像头的分辨率会直接影响到整个机器视觉系统的计算精度。而衡量系统精度的标准，就是我们常常听到的像素值――CCD芯片上像素所对应的实际长度。 像素值的计算公式如下： 像素值（X方向）＝视野范围（X方向）÷ CCD芯片像素数量（X方向） 像素值（Y方向）＝视野范围（Y方向）÷ CCD芯片像素数量（Y方向） 这个像素值越小，系统的计算精度就越高。 回来本小节的中心问题上来：对于一个有具体精度要求的项目，该如何确定相机的分辨率为多少才适合？计算相机分辨率的公式如下： 分辨率（X方向）＝视野范围（X方向）÷理论像素值（X方向） 分辨率（Y方向）＝视野范围（Y方向）÷理论像素值（Y方向）理论像素值指的是，根据项目精度的要求，通过推算得出的像素值在理论上所应该达到的数值。即像素值只有达到这一数值，才能确保系统的计算精度符合要求。 为了让大家容易理解，我们以一个实际项目为例。现在有客户要用我们的机器视觉系统
测量某一种工件上小孔的间距，该工件大小为50×40MM，测量精度要求达到0.1MM。由以上条件，我们可以将0.1MM假定为理论像素值（有关理论像素值的推算，另题讨论）。也就是说，只要像素值能达到0.1MM，我们就可以肯定这个项目在测量精度方面能够满足客户的要求。根据上面计算相机分辨率的公式： 50（X方向视野范围）÷ 0.1（X方向理论像素值）＝ 500（X方向分辨率） 40（Y方向视野范围）÷ 0.1（Y方向理论像素值）＝ 400（Y方向分辨率）通过上面的计算我们知道，只要相机的分辨率高于500×400，就是适合此项目的相机，比如MV-EM040M这款相机的分辨率是640×480便能适合这个例子的精度要求。 2、速度要求与工业摄像头成像速度及快门速度匹配 除了精度要求外，速度上的要求也是我们常常要面对的问题之一。系统速度的快慢取决于整个视觉系统运行的时间，包括两部分：成像时间、运算时间。成像时间，指从系统收到外来触发信号起，到图像到达计算机内存为止；运算时间，指从图像到达计算机内存起，到系统输出运算结果为止。 通过《工业相机硬件的基本构成及技术参数》的讨论，我们已经知道，标准CCD摄像头是以一个固定速度，在不间断地拍照。CCIR格式的相机，CCD芯片的成像时间大约需要40毫秒。也就是说，系统至少要等40毫秒的时间（等待摄像头的扫描指针回到CCD的起始点），才能对系统所要的图像进行“拍照”。因此，如果普通标准工业摄像头的成像时间，不能达到我们系统速度要求的时候。我们就要考虑选用，具有“异步拍照”功能的工业摄像头――随时能够终止当前扫描，并将指针重置到CCD起始位置。 MV系列工业模拟相机 除了使用“板卡触发”功能及“异步拍照”功能，可以缩短成像时间外。还可以提高相机的快门速度，即缩短CCD芯片图像获取的时间。一般相机快门速度的缺省值为自动模式，如有特殊需要，可在相机里手动设置快门速度。最高可达万分之一秒。不过，在提高快门速度的同时，相应地要加强光源的亮度。 近几年市场上的工业数字摄像头技术已非常成熟，USB2.0\USB3.0\GigE千兆网\1394
如何选择合适工业相机来完成机器视觉图 像采集 整理：视清科技 在一个完整的机器视觉系统中，图像采集的意义非常大，因为通过图像采集后，视频信号就可以转换为计算机使用的数字格式。以下是为机器视觉系统选择工业相机时需要注意的几个方面： 1. 提高分辨率的优缺点 虽然高分辨率工业相机有助于提高精确度，但是通过分析更清晰的，更精细的图像，就会降低了速度。工业数字相机传输图像数据是由一系列代表像素值的数字组成的。一个分辨率为200×100的相机具有20000个像素，因此，20000个数字值会被发送到采集系统。如果工业相机工作在25MHz的数据速率下，它每40纳秒传送一个值。这造成一幅整个图像需要大约0.0008秒，相当于1250帧/秒。而当分辨率提高到640×480会有307200个像素，大约是上面的15倍。使用同样的25MHz数据速率，采集整幅图像需要0.012288秒，或相当于81.4帧/秒。这些值都是期望值，实际的相机帧率会较低，因为我们不得不添加曝光和调整次数，但是工业相机分辨率的增加会导致工业相机帧率成比例的下降。虽然各种工业相机输出配置会在不牺牲帧率的情况下提高工业相机分辨率，但是这也需要增加复杂性和更高的成本。 2. 速度和曝光 在选择一款工业数字相机时，物体成像的速度必须充分考虑好。例如，假设在拍摄过程中，物体在曝光中没有移动，可用相对简单和便宜的工业相机；对于静止或缓慢移动的物体，面阵工业相机最适合于对静止或移动缓慢的物体成像。因为整个面阵区域必须一次曝光，在曝光时间当中任何的移动会导致图像的模糊，但是，运动模糊可以通过减少曝光时间或使用闪光灯来控制；对于快速移动的物体，当对运动的物体使用一个面阵工业相机时，需要考虑在曝光时间当中处于工业相机当中的运动对象数量，还需要考虑物体上能用一个像素表征的最小特征，也就是对象分辨率，在采集运动物体的图像的拇指规则就是曝光必须发生在采集物体移动量小于一个像素的时间内。如果你采集的物体是在以1厘米/秒的速度匀速移动，而且物体分辨率已经设置为1 pixel/mm，那么需要的最大曝光时间是1/10每秒。因为物体移动一个距离恰好等于相机传感器中的一个像素，当使用最大曝光时间时这里会有一定数量的模糊。在这种情况下，一般倾向于将曝光时间设置的比最大值要快，比如1/20每秒，就能保持物体在移动半个像素内成像。如果同样的物体以1厘米/秒的速度移动，物体分辨率为1 pixel/微米，那么一秒中所需要的最大曝光是1/10000.曝光设置的对快取决于所采用的相机，还有你是否能够给物体足够的光来获得一幅好的图像。 3. 帧率
在购买监控摄像头时应该注意哪些参数 监控摄像机的作用是对监视区域进行摄像并将其转换成电信号，按规格可分为1/3″、1/2″和2/3″等种类，安装方式有固定和带云台二种。而在购买此类安防产品时要注意其参数，以下是针对购买摄像头的 参数应注意的一些问题： 一、感光元件的参数 目前，主流监控摄像机的感光元件采用CCD元件，实际上就是光电转换元件。和以前的CMOS感光元件相比，CCD的感光度是CMOS的3到10倍，因此CCD芯片可以接受到更多的光信号，转换为电信号后，经视频处理电路滤波、放大形成视频信号输出。接受到的光信号越强，视频信号的幅值就越大。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到视频图像。提高图像清晰的根本就在于提 高摄像机的感光能力。 二、镜头的参数 光圈：光圈安装在镜头的后部，光圈开得越大，通过镜头的光量就越大，图像的清晰度越高；光圈开得越小，通过镜头的光量就越小，图像的清晰度越低。通常用F（光通量）来表示。F=焦距（f）/通光孔径。在摄像机的技术指标中，我们可以常常看到6mm/F1.4这样的参数，它表示镜头的焦距为6mm，光通量为1.4，这时我们可以很容易地计算出通光孔径为4.29mm。在焦距f相同的情况下，F值越小，光圈越大，到达CCD芯片的光通量就越大，镜头越好。 视场角参数：在工程实际中，我们常用水平视场角来反映画面的拍摄范围。焦距f越大，视场角越小，在感光元件上形成的画面范围越小；反之，焦距f越小，视场角越大，在感光元件上形成的画面范围越
大。 焦距（f）参数：焦距是镜头和感光元件之间的距离，通过改变镜头的焦距，可以改变镜头的放大倍数，改变拍摄图像的大小。当物体与镜头的距离很远的时候，我们可用下面公式表达：镜头的放大倍数≈焦距/物距。增加镜头的焦距，放大倍数增大了，可以将远景拉近，画面的范围小了，远景的细节看得更清楚了；如果减少镜头的焦距，放大倍数减少了，画面的范围扩大了，能看到更大的场景。 监控摄像机的像素和分辨率比电脑的视频头要高但是赶不上专业的数码相机或dv。监控摄像机只是一个单一的视频扑捉设备，它不具备数据保存功能。 主导视界致力高品质安防监控产品研发、生产和销售。公司潜心研发不断推出了符合市场需求的CCD 摄像机、红外智能高速球、红外半球摄像机、红外变焦一体摄像机、红外防水摄像机等有着前沿核心技术的新产品，公司产品已被广泛应用于各行各业，并荣获2010年度安防行业百强优质供应商荣誉称号
工业相机镜头主要参数 在机器视觉系统中,工业相机镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此工业相机镜头的选择受到整个系统要求的制约。下面迪奥科技为您讲解工业相机镜头的参数与选型： 工业相机镜头主要参数： 1.焦距(FocalLength) 焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大;焦距数值大，视角小，观察范围小。根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。 2.光圈(Iris)用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如8mm/F1.4代表最大孔径为 5.7毫米。F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。 3.对应最大CCD尺寸(SensorSize) 镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。主要有：1/2″、2/3″、1″和1″以上。 4.接口(Mount)镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。 5.景深(Depth ofField,DOF) 景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。光圈越大，景深越小;光圈越小、景深越大。焦距越长，景深越小;焦距越短，景深越大。距离拍摄体越近时，景深越小;距离拍摄体越远时，景深越大。 6.分辨率(Resolution) 分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”(lp/mm)。分辨率越高的镜头成像越清晰。 7.工作距离(Workingdistance,WD)镜头第一个工作面到被测物体的距离。 8.视野范围(Field ofView,FOV) 相机实际拍到区域的尺寸。 9.光学放大倍数(Magnification,?)CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。 10.数值孔径(Numerical Aperture,NA)数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半(a\2)的正弦值的乘积，计算公式为N.A=n*sina/2。数
工业相机的参数及选型 分辨率（Resolution）：相机每次采集图像的像素点数（Pixels），对于数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，对于模拟相机机则是取决于视频制式，PAL制为768*576，NTSC制为640*480，模拟相机已经逐步被数字相机代替，且分辨率已经达到6576*4384。 像素深度（Pixel Depth）：即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字相机机一般还会有10Bit、12Bit、14Bit等。 最大帧率（Frame Rate）/行频（Line Rate）：相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数（Frames/Sec.），对于线阵相机为每秒采集的行数（Lines/Sec.）。 曝光方式（Exposure）和快门速度（Shutter）：对于线阵相机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方式，曝光时间可以与行周期一致，也可以设定一个固定的时间；面阵相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式，数字相机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒，高速相机还可以更快。 像元尺寸（Pixel Size）：像元大小和像元数（分辨率）共同决定了相机靶面的大小。数字相机像元尺寸为3μm~10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。 光谱响应特性（Spectral Range）：是指该像元传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350nm－1000nm，一些相机在靶面前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。 接口类型：有Camera Link接口，以太网接口，1394接口、USB接口输出，目前最新的接口有CoaXPress接口。
工业相机镜头的参数与选型 一、镜头主要参数 1.焦距（Focal Length） 焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距 离。焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大；焦距数值大，视角小，观察范围小。根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。 2.光圈(Iris) 用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如8mm /F1.4代表最大孔径为 5.7毫米。F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。 3.对应最大CCD尺寸(Sensor Size) 镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。主要有：1/2″、 2/3″、1″和1″以上。 4.接口(Mount) 镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。 5.景深(Depth of Field,DOF) 景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。 光圈越大，景深越小；光圈越小、景深越大。焦距越长，景深越小；
焦距越短，景深越大。距离拍摄体越近时，景深越小；距离拍摄体越远时，景深越大。 6.分辨率(Resolution) 分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”（lp/mm）。分辨率越高的镜头成像越清晰。 7、工作距离(Working distance,WD) 镜头第一个工作面到被测物体的距离。 8、视野范围(Field of View,FOV) 相机实际拍到区域的尺寸。 9、光学放大倍数(Magnification,?) CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。 10、数值孔径(Numerical Aperture,NA) 数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（a\2）的正弦值的乘积，计算公式为N.A=n*sin a/2。数值孔径与其它光学参数有着密切的关系，它与分辨率成正比，与放大率成正比。也就是说数值孔径，直接决定了镜头分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则反之。 11、后背焦(Flange distance) 准确来说，后倍焦是相机的一个参数，指相机接口平面到芯片的距离。但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时，后倍焦是一个
工业相机选型解密之相机接口面对市面上出现的越来越多的工业相机品牌，各相机厂商都给出了大量的相机参数，例如：相机接口、芯片类型、量子效应、帧率等。一般非行业内人士，在面对这些参数时往往会无所适从。维视图像拥有十多年的相机研发经验，同时结合这么多年和客户接触的情况，希望能用简短的语言结合实际效果展示一下工业相机选型时需要注意的地方。 首先，先了解一下工业相机的相机接口。目前最常见的工业相机接口，有USB、1394、Gige、BNC、camera link等。那么这些接口之间孰优孰劣，各自都适应哪些应用场合呢？下面逐一解答。 一、模拟接口 模拟视频有近百年历史，早期的相机都是输出的模拟图像信号，直接传输给电视实时观看。由于数字图像处理技术的兴起，我们需要将模拟图像信号转换为数字图像再进行处理。所以目前市场上还存在很多模拟图像采集卡，此类采集卡一般都应用于视频显示、视频转换等，部分应用于机器视觉处理。 模拟相机以BNC接口为主，由于其固有原因，和近十几年兴起的数字视频相比，精度差很多，随着数字化技术的发展，模拟视频终究会消亡，但模拟视频的消亡还要有相当长的一段时间，由于模拟视频设备的低价格，在视觉应用的低端领域还有相当的市场。 二、USB接口 USB接口相机是数字相机，直接输出数字图像信号。USB全称是Universal Serial Bus （通用串行总线），它是1994年底由康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合制订的，但是直到1999年，USB才真正被广泛应用。 USB接口是4“针”，其中2根为电源线、2根为信号线。USB是串行接口，可热拔插，连接方便。用USB连接的外围设备数目最多达127个，共6层，所谓6层是指从主装置开始可以经由5层的集线器进行菊花链接，用不着担心要连接的装置数目受限制；两个外设之间最长通信可以距离5米。USB1.1接口支持同步和异步数据的传输，数据传输率最高达12Mbps，比标准串口快100倍，比并口快10倍；USB 2.0向下兼容USB 1.1、USB 1.0，数据的传输率将达到120Mbps～480Mbps。
工业相机镜头的参数与选型
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工业相机镜头的参数与选型 一、镜头主要参数 １.焦距(Focaｌ Lｅngth） 焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大；焦距数值大，视角小,观察范围小。根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。 2.光圈(Iris) 用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大Ｆ值,例如８mm /F1.４代表最大孔径为５.７毫米。Ｆ值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。 3.对应最大CCＤ尺寸(Senｓoｒ Sizｅ) 镜头成像直径可覆盖的最大ＣCＤ芯片尺寸。主要有：1／2″、2／3″、1″和１″以上。 4.接口（Mouｎt） 镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、Ｆ、Ｖ、T２、Ｌe ｉca、M42x1、M75x0.７5等。 5．景深(Ｄepth of Ｆield，ＤOF） 景深是指在被摄物体聚焦清楚后,在物体前后一定距离内,其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。光圈越大，景深越小；光圈越小、景深越大。焦距越长，景深越小;
焦距越短，景深越大。距离拍摄体越近时，景深越小；距离拍摄体越远时,景深越大。 6.分辨率(Ｒeｓoluｔion) 分辨率代表镜头记录物体细节的能力,以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”（lp/mm）。分辨率越高的镜头成像越清晰。 ７、工作距离（Wｏｒking ｄistance,WＤ) 镜头第一个工作面到被测物体的距离。 8、视野范围（Fｉeld of Viｅw,ＦOＶ） 相机实际拍到区域的尺寸。 9、光学放大倍数(Mａｇnｉｆｉcation，?) CCＤ/FOV,即芯片尺寸除以视野范围。 10、数值孔径(Numerｉcａｌ Apｅｒture,NＡ) 数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（a\２）的正弦值的乘积，计算公式为N.A=n＊ｓin a／2。数值孔径与其它光学参数有着密切的关系,它与分辨率成正比，与放大率成正比。也就是说数值孔径，直接决定了镜头分辨率，数值孔径越大，分辨率越高,否则反之。 11、后背焦(Flａnge distａnｃe) 准确来说,后倍焦是相机的一个参数，指相机接口平面到芯片的距离。但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时,后倍焦是一个
监控摄像机镜头选择 摄像机镜头选择是视频监视系统项目中最关键的要素之一，它的质量(指标)优劣直接影响摄像机的整机指标以及整个工程项目的系统质量，同时也关系到工程造价。由此可见，摄像机镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道。设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。 CCTV摄像机镜头主要生产地 全球范围：日本、韩国、德国、中国、中国台湾 中国境内：福建、广东、河南、甘肃、吉林 主要城市：福州、深圳、厦门、长春、南阳、兰州、信阳 目前，CCTV镜头世界一流品牌基本都集中在日本，如精工、Tamron、computar、FUJINON、Tokina、Canon、Avenir台湾亚洲光学等 国内部份镜头厂商主要有：长春东亚光学、南阳卧龙光学、南阳禾立光学、福州鸿发光、福州市正盛光电仪器、厦门力鼎光电、福州飞华光电、世泰鑫锐光电等目前，国内镜头需求大镜头(C/CS接口)与小镜头(M12接口)所占的比例分别为25%和75%。 镜头在摄像机成本构成中的比例为20%左右，是摄像机的重要组成部分。与摄像机从高端到低端完整的产品链相对应，CCTV镜头也形成了从高档到中档到低档的完整的产品链，价格从几十元到几百元，几百元到几千元，一应俱全。利润水平也相差很大，常用的单板机镜头，利润已很低；技术含量越高，功能越先进的镜头，利润也就越大。 镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像机和照相机的原理是一致的。当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位臵时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离(相当于调整人眼晶状体的位臵)，可以将模糊的图像变得清晰。 镜头是摄像机的眼睛，为了适应不同的监控环境和要求，需要配臵不同规格的镜头。比如在室内的重点监视，要进行清晰且大视场角度的图像捕捉，得配臵广角镜头；在室外的停车场，既要看到停车场全貌，又要能看到汽车的细部，这时候需要变焦镜头。 摄像机镜头的分类 视频监控系统摄像机镜头品种繁多，从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头、长焦镜头、变焦镜头；从视场大小分有广角、标准、远景镜头；结构上分有固定光圈定焦镜头、手动光圈定焦镜头、自动光圈定焦镜头、手动变焦镜头、自动变焦镜头、自动光圈电动变焦镜头、电动三可变镜头等。 按外形功能分按尺寸大小分按光圈分按变焦类型分按焦距长矩分 球面镜头1" 25mm 自动光圈电动变焦长焦距镜头 非球面镜头1/2" 3mm 手动光圈手动变焦标准镜头 针孔镜头1/3" 8.5mm 固定光圈固定焦距广角镜头
工业相机镜头地全参 数与选型 Revised on November 25, 2020
工业相机镜头的参数与选型 一、镜头主要参数 1.焦距（Focal Length） 焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大；焦距数值大，视角小，观察范围小。根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。 2.光圈(Iris) 用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如8mm /代表最大孔径为毫米。F 值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。 3.对应最大CCD尺寸(Sensor Size) 镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。主要有：1/2″、 2/3″、1″和1″以上。 4.接口(Mount) 镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、等。 5.景深(Depth of Field,DOF) 景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。光圈越大，景深越小；光圈越小、景深越大。焦距越长，景深
越小；焦距越短，景深越大。距离拍摄体越近时，景深越小；距离拍摄体越远时，景深越大。 6.分辨率(Resolution) 分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”（lp/mm）。分辨率越高的镜头成像越清晰。 7、工作距离(Working distance,WD) 镜头第一个工作面到被测物体的距离。 8、视野范围(Field of View,FOV) 相机实际拍到区域的尺寸。 9、光学放大倍数(Magnification,) CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。 10、数值孔径(Numerical Aperture,NA) 数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（a\2）的正弦值的乘积，计算公式为=n*sin a/2。数值孔径与其它光学参数有着密切的关系，它与分辨率成正比，与放大率成正比。也就是说数值孔径，直接决定了镜头分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则反之。 11、后背焦(Flange distance) 准确来说，后倍焦是相机的一个参数，指相机接口平面到芯片的距离。但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时，后倍焦是
热点论坛 Column 专栏 29 2006年2月刊 自动化博览 Selection Technique of Lens in Machine Vision System 1 概述 光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。镜头是机器视觉系统中的重要组件，对成像质量有着关键性的作用，它对成像质量的几个最主要指标都有影响，包括：分辨率、对比度、景深及各种像差。镜头不仅种类繁多，而且质量差异也非常大，但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择重视不够，导致不能得到理想的图像，甚至导致系统开发失败。本文的目的是通过对各种常见镜头的分类及主要参数介绍，总结各种因素之间的相互关系，使读者掌握机器视觉系统中镜头的选用技巧。 2 机器视觉系统中常用镜头的分类 (1) 根据有效像场的大小划分 把摄影镜头安装在一很大的伸缩暗箱前端，并在该暗箱后端安装一块很大的磨砂玻璃，当将镜头光圈开至最大，并对准无限远景物调焦时，在磨砂玻璃上呈现出的影像均位于一圆形面积内，而圆形外则漆黑、无影像。此有影像的圆形面积称为该镜头的最大像场。在这个最大像场范围的中心部位，有一能使无限远处的景物结成清晰影像的区域，这个区域称为清晰像场。照相机或摄影机的靶面一般都位于清晰像场之内，这一限定范围称为有效像场。由于视觉系统中所用的摄像机的靶面尺寸有各种型号，所以在选择镜头时一定要注意镜头的有效像场应该大于或等于摄像机的靶面尺寸，否则成像的边角部分会模糊甚至没有影像。 根据有效像场的大小分类见表1。 表1 分类 (2) 根据焦距分类 根据焦距能否调节，可分为定焦距镜头和变焦距镜头两大类。依据焦距的长短，定焦距镜头又可分为鱼眼镜头、短焦镜头、标准镜头、长焦镜头、超长焦五大类。需要注意的是焦距的长短划分并不是以焦距的绝对值为首要标准，而是以像角的大小为主要区分依据，所以当靶面的大小不等时，其标准镜头的焦距大小也不同。变焦镜头上都有变焦环，调节该环可以使镜头的焦距值在预定范围内灵活改变。变焦距镜头最长焦距值和最短焦距值的比值称为该镜头的变焦倍率。变焦镜头有可分为手动变焦和电动变焦两大类。 变焦镜头由于具有可连续改变焦距值的特点，在需要经常改变摄影视场的情况下非常方便使用，所以在摄影领域应用非常广泛。但由于变焦距镜头的透镜片数多、结构复杂，所以最大相对孔径不能做得太大，致使图像亮度较低、图像质量变差，同时在设计中也很难针对各种焦距、各种调焦距离做像差校正，所以其成像质量无法和同档次的定焦距镜头相比。 实际中常用的镜头的焦距是从4毫米到1000毫米的范围内有很多的等级，如何选择合适焦距的镜头是在机器视觉系统设计时要考虑的一个主要问题。光学镜头的成像规律可以根据两个基本成像公式即牛顿公式和高斯公式来推导，对于机器视觉系统的常见设计模型，一般是根据成像的放大率和物距这两个条件来选择合适焦距的镜头的，在此给出一组实用的计算公式： ? 放大率：m=h’/h=L’/L ；? 物距：L = f(1+1/m)； 有效像场尺寸 3.2mm ×2.4mm （对角线4mm ） 4.8mm ×3.6mm （对角线6mm ）6.4mm ×4.8mm （对角线8mm ）8.8mm ×6.6mm （对角线11mm ）12.8mm ×9.6mm （对角线16mm ）21.95mm ×16mm （对角线27.16mm ）10.05mm ×7.42mm （对角线12.49mm ）36mm ×24mm 40mm ×40mm 80mm ×60mm 82mm ×56mm 240mm ×180mm 电视摄像镜头电影摄影镜头照相镜头 镜头类型 1/4英寸摄像镜头 1/3英寸摄像镜头1/2英寸摄像镜头2/3英寸摄像镜头1英寸摄像镜头 35mm 电影摄影镜头 16mm 电影摄影镜头135型摄影镜头127型摄影镜头120型摄影镜头中型摄影镜头大型摄影镜头 机器视觉系统 中镜头的选用技巧 王亚鹏（1972－） 男，河北安平人，现就职于中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司任副总工程师、开发部经理，研究方向为机器视觉、模式识别。 （中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司，北京 100080） 王亚鹏 机器视觉
镜头的分类及选型 镜头的分类 镜头种类繁多，已经发展成一个庞大的体系，以适应各种场合条件下的应用。对镜头的划分也可以从不同的角度来进行： ●按工作波长分：紫外、可见光、近红外、红外，按照应用还有X-ray镜头之分 ●变焦与否：定焦、变焦 ●工作距离：望远物镜（物距很大）、普通摄影镜头（物距适中）、显微镜头（物距很小）其它类别： 线阵镜头：配合线阵相机使用的镜头。采用扫描式的工作方式，需要镜头与目标相对运动，每次曝光成像一条线，多次曝光组成一幅图像。线阵扫描成像的特点：CCD线阵方向的图像分辨率固定，而在目标的运动方向上，空间采样频率与运动的相对速度有关。 从成像的角度讲，线阵镜头和其它类型的镜头并没有本质的差异。只是对镜头的使用方式不同而已。 显微镜头：为了看清目标的细节特征，显微镜头一般使用在高分辨率的场合。它们基本的特点是工作距离短，放大倍率高，视场小。 如何选择镜头 镜头的选择过程，是将镜头各项参数逐步明确化的过程。作为成像器件，镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此镜头的选择受到整个系统要求的制约。一般地可以按以下几个方面来进行分析考虑。 波长、变焦与否 镜头的工作波长和是否需要变焦是比较容易先确定下来的，成像过程中需要改变放大倍率的应用，采用变焦镜头，否则采用定焦镜头就可以了。 关于镜头的工作波长，常见的是可见光波段，也有其他波段的应用。是否需要另外采取滤光措施？单色光还是多色光？能否有效避开杂散光的影响？把这几个问题考虑清楚，综合衡量后再确定镜头的工作波长。 特殊要求优先考虑 结合实际的应用特点，可能会有特殊的要求，应该先明确下来。例如是否有测量功能，是否需要使用远心镜头，成像的景深是否很大等等。景深往往不被重视，但是它却是任何成像系统都必须考虑的。
工业相机镜头选用简述 在维视图像北京公司的官网上，我们已经连续发表几篇《深度解析工业镜头核心参数》的文章来阐述工业镜头，今天我们换一个角度，从工业相机镜头的选用来分析，为大家在选择工业镜头时提供一些参考。 1、镜头的分类 如上图，大致按照工业相机对镜头进行了区分。对于1/3形，1/2形，2/3形等小尺寸有效像圆径的工业镜头常常使用C接口。可是，C接口镜头，即使1形的镜头有效像圆径也只有约16mm，如果对于再大尺寸的CCD便不能使用了，CS接口除了从成像基准面到镜头的距离少约5毫米外，其它的都一样，至于更详细的说明这个大家可参考《Microvision产品使用前必读》。这时，用的较多的是常用在35mm照相机上的K，F接口镜头。 另外，按照分辨能力可分为25-100万像素用工业镜头与500-1000万像素用工业镜头。按照入射光的光谱可分为一般可视光镜头，紫外线镜头，红外线镜头等。其他，在比较特殊的场合，我们还会用到拍摄较大观察对象时的广角镜头，可对大小不同观察物瞬间聚焦的变焦镜头等。 2、镜头的性能和特性 （1）高分辨力，下表为F值和分辨能力的关系。 （2）畸变，与分辨能力同样重要的要素还有畸变 （3）均一充分的亮度对于机器视觉用镜头，光圈开满时的最大亮度值太太被认为是很重要的。可是，中心部明亮而周边部分灰暗的现象确是要防止的。
（4）耐振荡冲击性，耐振荡冲击性对于机器视觉用镜头是最重要的课题之一。因此，镜头的零部件多数为金属材料，同时，，对焦点，光圈的调整均采用螺钉用来做固定，以达到减轻振荡?冲击的功效。 （5）小型化，由于照相机被设置的空间有所限制，小型化也成为比较重要的因素。例如:C接口的安装尺寸按照基准为￠30mm以下。 （6）其他 ①光圈控制: 一般，机器视觉镜头都是通过手动来调整光圈的，不过，为了对应被拍对象的亮度变化，有时也有远距离控制光圈的要求。 ②Zoom，AF，可变焦点镜头: 一般，机器视觉用镜头没有自动变焦功能。 ③紫外线镜头: 利用紫外线，有时可以捕捉到更细微的对象。 3、今后镜头发展的方向和难点 （1）广角 增大广角度，会加大图像的扭曲，同时画面中心和画面周边的性能差值也会增大。另外，还要求光学系统有更大的亮度，才可以充分地确保画面周边的发光强度达到所需要求。 （2）大口径比 增大大口径比会使得焦点深度变浅，从而使得色差畸变增大。同时会使得画面周边像差的补正变得困难，并容易产生径向侵食，也难以确保充分的发光强度。 （3）小型化 像差补正比较困难，分辨能力也会降低，，并使得由于制造误差引起的光学性能退化现象频于发生。 （4）大画面化 图像畸变严重，画面中心和画面周边的性能差值增大。难以确保充分的发光强度，色差畸变增大。 （5）高倍率化 由于制造误差引起的光学性能退化现象显著。光轴上色差畸变增大。 （6）高分辨率化 像差补正变得困难，使得要求的镜头数目增加，成本提高。需要明亮光学系统，并会导致镜头的大型化。 （7）波长宽带化 色差畸变增大。会要求增加采用一些特殊并且高价的光学玻璃，镜头的数目也会增加。
光学系统设计方案 设计参数： 1)ICCD分辨率：1248х1024 2)像元尺寸：6μmх6μm 3)靶面尺寸：7.48mmх6.14mm 4)系统焦距：1500mm 5)F数：3.75 6)波段范围：450nm～800nm 系统初步设计如下： 口径Ф400mm，系统长度500mm。光路二维图如下图所示。系 统为折返射式光学系统，前部采用施密特矫正镜，后端采用卡式系统， 21:13:08 达到减小系统尺寸的目的。
图 1 光学系统二维图 图 2光学系统三维图21:17:16 图 3 光路剖视图
表 1线视场分析 图 4系统球差及场曲曲线 系统传递函数曲线如下图所示，根据探测器像元尺寸，MTF截频计算至83lp/mm处，从下图可以看出，系统MTF在100lp/mm处，水平最大视场及垂直最大视场均高于0.5，对角线视场MTF高于0.5。
21:14:01 图 5 系统MTF曲线 系统弥散圆的大小如下图所示，弥散圆表示点源物体经过系统后的发散情况，其半径越小、能量越集中，说明成像质量越好。通常接近衍射极限的系统弥散圆直径小于接收器的单个像素值。本系统采用的探测器像元尺寸为6μm，系统的弥散圆直径最大值为3.8μm，说明系统的成像质量接近衍射极限。
21:21:35 图 6畸变网格及畸变曲线 系统的畸变网格和畸变曲线如下图所示，畸变的大小能直接反映出系统图像的变形情况，从下图中可以看出，系统的最大畸变小于0.01%，图像变形肉眼无法分辨。
图 7畸变网格及畸变曲线 系统成像的二维仿真效果如下图所示，左图为目标图像，右图为 经系统后所成图像，从图中可以看出，系统成清晰倒像。 图 8二维成像仿真 公差分析 镜头最终的成像质量受到材料、加工、装配等各方面的影响，为保证系统最终获得良好的成像质量，设计时应充分考虑系统各部分的 公差分配，使材料、加工及装配的误差均在可接受的范围内，避免某
一、镜头主要参数 1.焦距（Focal Length） 焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。焦距的大小决定着视角的大小，焦距数值小，视角大，所观察的范围也大；焦距数值大，视角小，观察范围小。根据焦距能否调节，可分为定焦镜头和变焦镜头两大类。 2.光圈(Iris) 用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如8mm/F1.4代表最大孔径为 5.7毫米。F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。 3.对应最大CCD尺寸(Sensor Size) 镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。主要有：1/2″、2/3″、1″和1″以上。 4.接口(Mount) 镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。 5.景深(Depth of Field,DOF) 景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化。光圈越大，景深越小；光圈越小、景深越大。焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大。距离拍摄体越近时，景深越小；距离拍摄体越远时，景深越大。 6.分辨率(Resolution) 分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位：“线对/毫米”（lp/mm）。分辨率越高的镜头成像越清晰。
7、工作距离(Working distance,WD) 镜头第一个工作面到被测物体的距离。 8、视野范围(Field of View,FOV) 相机实际拍到区域的尺寸。 9、光学放大倍数(Magnification,?) CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。 10、数值孔径(Numerical Aperture,NA) 数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（a\2）的正弦值的乘积，计算公式为N.A=n*sin a/2。数值孔径与其它光学参数有着密切的关系，它与分辨率成正比，与放大率成正比。也就是说数值孔径，直接决定了镜头分辨率，数值孔径越大，分辨率越高，否则反之。 11、后背焦(Flange distance) 准确来说，后倍焦是相机的一个参数，指相机接口平面到芯片的距离。但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时，后倍焦是一个非常重要的参数，因为它直接影响镜头的配置。不同厂家的相机，哪怕接口一样也可能有不同的后倍焦。 二、镜头选型 1.选择镜头接口和最大CCD尺寸 镜头接口只要可跟相机接口匹配安装或可通过外加转换口匹配安装就可以了；镜头可支持的最大CCD尺寸应大于等于选配相机CCD芯片尺寸。 2.选择镜头焦距